Genetiniai tyrimai: indikacijos, metodai

Pastaraisiais metais stebimas paveldimų ligų dalies padidėjimas bendroje ligų struktūroje. Šiuo atžvilgiu didėja genetinių tyrimų vaidmuo praktinėje medicinoje. Neturint medicininės genetikos žinių, neįmanoma veiksmingai diagnozuoti, gydyti ir užkirsti kelią paveldimoms ir įgimtoms ligoms.

Paveldimas polinkis tikriausiai būdingas beveik visoms ligoms, tačiau jo laipsnis labai skiriasi. Jei atsižvelgsime į paveldimų veiksnių vaidmenį įvairių ligų atsiradime, galime išskirti šias grupes.

• Ligos, kurių kilmę visiškai lemia genetiniai veiksniai (patologinio geno poveikis); šiai grupei priklauso monogeninės ligos, kurių paveldėjimui taikomi pagrindiniai Mendelio dėsnių principai (Mendelio ligos), o išorinės aplinkos poveikis gali paveikti tik tam tikrų patologinio proceso apraiškų (jo simptomų) intensyvumą.
• Ligos, kurių atsiradimą daugiausia lemia išorinės aplinkos įtaka (infekcijos, traumos ir kt.); paveldimumas gali turėti įtakos tik kai kurioms kiekybinėms organizmo reakcijos savybėms, nustatyti patologinio proceso eigos ypatybes.
• Ligos, kurių priežastinis veiksnys yra paveldimumas, tačiau jam pasireikšti būtini tam tikri aplinkos veiksniai, jų paveldimumas nepaklūsta Mendelio dėsniams (ne Mendelio ligos); jos vadinamos daugiafaktorinėmis.

Paveldimos ligos

Kiekvieno individo vystymasis yra genetinių ir aplinkos veiksnių sąveikos rezultatas. Žmogaus genų rinkinys nusistovi apvaisinimo metu ir vėliau kartu su aplinkos veiksniais lemia vystymosi ypatybes. Organizmo genų rinkinys vadinamas genomu. Genomas kaip visuma yra gana stabilus, tačiau veikiant kintančioms aplinkos sąlygoms, jame gali įvykti pokyčių – mutacijų.

Pagrindiniai paveldimumo vienetai yra genai (DNR molekulės dalys). Paveldimos informacijos perdavimo mechanizmas pagrįstas DNR gebėjimu savarankiškai daugintis (replikuotis). DNR yra genetinis kodas (informacijos apie aminorūgščių vietą baltymuose įrašymo sistema, naudojant DNR ir informacinės RNR nukleotidų seką), kuris lemia ląstelių vystymąsi ir metabolizmą. Genai yra chromosomose – ląstelės branduolio, kuriame yra DNR, struktūriniuose elementuose. Geno užimama vieta vadinama lokusu. Monogeninės ligos yra monolokusinės, poligeninės ligos (daugiafaktorinės) – daugialokusinės.

Chromosomos (strypo formos struktūros ląstelių branduoliuose, matomos šviesos mikroskopu) susideda iš daugelio tūkstančių genų. Žmogaus organizme kiekvienoje somatinėje, arba ne lytinėje, ląstelėje yra 46 chromosomos, kurias sudaro 23 poros. Viena iš porų, lytinės chromosomos (X ir Y), lemia individo lytį. Somatinių ląstelių branduoliuose moterys turi dvi X chromosomas, o vyrai – vieną X ir vieną Y chromosomas. Vyrų lytinės chromosomos yra heterologiškos: X chromosoma yra didesnė ir joje yra daug genų, atsakingų tiek už lyties nustatymą, tiek už kitas organizmo savybes; Y chromosoma yra maža, jos forma skiriasi nuo X chromosomos ir joje daugiausia yra genų, lemiančių vyrišką lytį. Ląstelėse yra 22 autosomų poros. Žmogaus autosominės chromosomos skirstomos į 7 grupes: A (1, 2, 3 chromosomų poros), B (4, 5 poros), C (6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 poros, taip pat X chromosoma, panašaus dydžio kaip 6 ir 7 chromosomos), D (13, 14, 15 poros), E (16, 17, 18 poros), F (19, 20 poros), G (21, 22 poros ir Y chromosoma).

Genai išsidėstę tiesiškai išilgai chromosomų, kiekvienas genas užima griežtai apibrėžtą vietą (lokusą). Genai, užimantys homologiškus lokusus, vadinami aleliniais. Kiekvienas žmogus turi du to paties geno alelius: po vieną kiekvienoje poros chromosomoje, išskyrus daugumą genų X ir Y chromosomose vyrams. Kai homologiškose chromosomos srityse yra identiški aleliai, kalbame apie homozigotiškumą; kai jose yra skirtingi to paties geno aleliai, kalbame apie heterozigotiškumą tam tikram genui. Jei genas (alelis) pasireiškia kaip poveikis tik vienoje chromosomoje, jis vadinamas dominantiniu. Recesyvinis genas pasireiškia kaip poveikis tik tuo atveju, jei jis yra abiejuose chromosomų poros nariuose (arba vienoje X chromosomoje vyrams arba moterims, turinčioms X0 genotipą). Genas (ir atitinkamas požymis) vadinamas X chromosoma susijusiu, jei jis lokalizuotas X chromosomoje. Visi kiti genai vadinami autosominiais.

Skiriamas dominantinis ir recesyvinis paveldėjimas. Esant dominantiniam paveldėjimui, bruožas pasireiškia tiek homozigotinėje, tiek heterozigotinėje būsenoje. Recesyvinio paveldėjimo atveju fenotipinės (išorinių ir vidinių organizmo požymių visuma) apraiškos stebimos tik homozigotinėje būsenoje, o heterozigotinėje būsenoje jų nėra. Taip pat galimas su lytimi susijęs dominantinis arba recesyvinis paveldėjimas; tokiu būdu paveldimi bruožai, susiję su lytinėse chromosomose lokalizuotais genais.

Dominuojančiai paveldimos ligos paprastai paveikia kelias vienos šeimos kartas. Recesyvinio paveldėjimo atveju latentinis heterozigotinis mutantinio geno nešiojimas šeimoje gali egzistuoti ilgą laiką, dėl to sergantys vaikai gali gimti sveikiems tėvams arba net šeimose, kuriose liga nebuvo kelias kartas.

Genų mutacijos yra paveldimų ligų pagrindas. Suprasti mutacijas neįmanoma be šiuolaikinio termino „genomas“ supratimo. Šiuo metu genomas laikomas daugiagenomine simbiotine struktūra, susidedančia iš privalomų ir fakultatyvių elementų. Privalomų elementų pagrindas yra struktūriniai lokusai (genai), kurių skaičius ir vieta genome yra gana pastovūs. Struktūriniai genai sudaro maždaug 10–15 % genomo. „Geno“ sąvoka apima transkribuojamą sritį: egzonus (tikrasis koduojantis regionas) ir intronus (nekoduojantis regionas, skiriantis egzonus); ir šonines sekas – lyderį, einantį prieš geno pradžią, ir uodegos netransliuojamą sritį. Fakultatyvūs elementai (85–90 % viso genomo) yra DNR, kuri neturi informacijos apie baltymų aminorūgščių seką ir nėra griežtai privaloma. Ši DNR gali dalyvauti genų ekspresijos reguliavime, atlikti struktūrines funkcijas, padidinti homologiško poravimo ir rekombinacijos tikslumą bei skatinti sėkmingą DNR replikaciją. Dabar įrodytas fakultatyvių elementų dalyvavimas paveldimame požymių perdavime ir mutacinio kintamumo formavime. Tokia sudėtinga genomo struktūra lemia genų mutacijų įvairovę.

Plačiausia prasme mutacija yra stabilus, paveldimas DNR pokytis. Mutacijas gali lydėti chromosomų struktūros pokyčiai, matomi mikroskopu: delecija – chromosomos dalies praradimas; duplikacija – chromosomos dalies padvigubėjimas, įterpimas (inversija) – chromosomos dalies lūžis, jos pasukimas 180° ir prisitvirtinimas prie lūžio vietos; translokacija – vienos chromosomos dalies nutrūkimas ir pritvirtinimas prie kitos. Tokios mutacijos turi didžiausią žalingą poveikį. Kitais atvejais mutacijos gali būti vieno iš vieno geno purino arba pirimidino nukleotidų pakeitimas (taškinės mutacijos). Tokios mutacijos apima: misensines mutacijas (mutacijas su reikšmės pasikeitimu) – nukleotidų pakeitimas kodonuose su fenotipinėmis apraiškomis; nonsensines mutacijas (beprasmes) – nukleotidų, sudarančių terminacijos kodonus, pakeitimas, dėl kurio per anksti nutraukiama geno koduojamo baltymo sintezė; splaisingo mutacijos – nukleotidų pakeitimai egzonų ir intronų sandūroje, dėl kurių sintezuojamos pailgos baltymų molekulės.

Palyginti neseniai buvo nustatyta nauja mutacijų klasė – dinaminės mutacijos arba ekspansinės mutacijos, susijusios su trinukleotidų pasikartojimų skaičiaus nestabilumu funkciškai reikšmingose genų dalyse. Daugeliui trinukleotidų pasikartojimų, lokalizuotų transkribuotuose arba reguliaciniuose genų regionuose, būdingas didelis populiacijos kintamumo lygis, kuriame fenotipinių sutrikimų nepastebima (t. y. liga neišsivysto). Liga išsivysto tik tada, kai pasikartojimų skaičius šiose vietose viršija tam tikrą kritinį lygį. Tokios mutacijos nėra paveldimos pagal Mendelio dėsnį.

Taigi, paveldimos ligos yra ligos, kurias sukelia ląstelės genomo pažeidimas, galintis paveikti visą genomą, atskiras chromosomas ir sukelti chromosomų ligas arba paveikti atskirus genus ir būti genų ligų priežastimi.

Visos paveldimos ligos paprastai skirstomos į tris dideles grupes:

• monogeninis;
• poligeninis arba daugiafaktorinis, kai sąveikauja kelių genų mutacijos ir negenetiniai veiksniai;
• chromosomų anomalijos arba chromosomų struktūros ar skaičiaus anomalijos.

Ligos, priklausančios pirmosioms dviem grupėms, dažnai vadinamos genetinėmis, o trečiosios grupės ligos – chromosominėmis.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ]

Paveldimų ligų klasifikacija

Chromosominis	Monogeninis	Daugiafaktorinis (poligeninis)
Lytinių chromosomų skaičiaus anomalijos: - Šereševskio-Turnerio sindromas; - Klinefelterio sindromas; - trisomijos X sindromas; - 47 sindromas, XYY autosomos: - Dauno sindromas; - Edvardso sindromas; - Patau sindromas; - dalinė 22-oji trisomija Chromosomų struktūros sutrikimai: Kri-du-šato sindromas; 4p delecijos sindromas; Kaimyninių genų mikrodelecijų sindromai	Autosominis dominantinis: Marfano sindromas; von Willebrando liga; Minkowski-Shoffar anemija ir kitos Autosominis recesyvinis: - fenilketonurija; - galaktozemija; - cistinė fibrozė ir kt. X chromosomoje susietas recesyvinis: Hemofilija A ir B; Diušeno miopatija; Ir kiti. X chromosoma susijusi dominantinė: - vitaminui D atsparus rachitas; - ruda spalva Dantų emalis ir kt.	CNS: kai kurios epilepsijos formos, šizofrenija ir kt. Širdies ir kraujagyslių sistema: reumatas, hipertenzija, aterosklerozė ir kt. Oda: atopinis dermatitas, psoriazė ir kt. Kvėpavimo sistema: bronchinė astma, alerginis alveolitas ir kt. Šlapimo sistema: urolitiazė, enurezė ir kt. Virškinimo sistema: pepsinė opa, nespecifinis opinis kolitas ir kt.

Chromosomų ligas gali sukelti kiekybinės chromosomų anomalijos (genomo mutacijos), taip pat struktūrinės chromosomų anomalijos (chromosomų aberacijos). Kliniškai beveik visos chromosomų ligos pasireiškia kaip intelekto sutrikimai ir daugybiniai įgimti defektai, dažnai nesuderinami su gyvybe.

Monogeninės ligos išsivysto dėl atskirų genų pažeidimo. Monogeninėms ligoms priskiriama dauguma paveldimų medžiagų apykaitos ligų (fenilketonurija, galaktozemija, mukopolisacharidozės, cistinė fibrozė, adrenogenitalinis sindromas, glikogenozės ir kt.). Monogeninės ligos paveldimos pagal Mendelio dėsnius ir pagal paveldėjimo tipą gali būti skirstomos į autosominę dominantinę, autosominę recesyvinę ir su X chromosoma susijusias.

Daugiafaktorinės ligos yra poligeninės, todėl joms išsivystyti reikalinga tam tikrų aplinkos veiksnių įtaka. Bendrieji daugiafaktorinių ligų požymiai yra šie.

• Didelis dažnis populiacijoje.
• Ryškus klinikinis polimorfizmas.
• Klinikinių apraiškų panašumas tarp paciento ir artimų giminaičių.
• Amžiaus ir lyties skirtumai.
• Ankstesnė pradžia ir tam tikras klinikinių apraiškų sustiprėjimas mažėjančiose kartose.
• Kintamas vaistų terapinis veiksmingumas.
• Klinikinių ir kitų ligos apraiškų panašumas artimiems giminaičiams ir probantui (daugiafaktorinių ligų paveldimumo koeficientas viršija 50–60 %).
• Paveldėjimo modelių neatitikimas Mendelio dėsniams.

Klinikinėje praktikoje svarbu suprasti termino „įgimtos anomalijos“ esmę, kuri gali būti vienkartinė arba daugybinė, paveldima arba sporadinė. Paveldimos ligos neapima tų įgimtų ligų, kurios atsiranda kritiniais embriogenezės laikotarpiais, veikiant nepalankiems aplinkos veiksniams (fiziniams, cheminiams, biologiniams ir kt.) ir nėra paveldimos. Tokios patologijos pavyzdys gali būti įgimti širdies defektai, kuriuos dažnai sukelia patologinis poveikis širdies formavimosi laikotarpiu (pirmasis nėštumo trimestras), pavyzdžiui, virusinė infekcija, tropinė besivystančios širdies audiniams; vaisiaus alkoholio sindromas, galūnių, prieširdžių, inkstų, virškinamojo trakto ir kt. vystymosi anomalijos. Tokiais atvejais genetiniai veiksniai sudaro tik paveldimą polinkį arba padidėjusį jautrumą tam tikrų aplinkos veiksnių poveikiui. Pasak PSO, vystymosi anomalijos yra 2,5% visų naujagimių; 1,5% jų atsiranda dėl nepalankių egzogeninių veiksnių poveikio nėštumo metu, likusios daugiausia yra genetinio pobūdžio. Skirtumas tarp paveldimų ir įgimtų ligų, kurios nėra paveldimos, turi didelę praktinę reikšmę prognozuojant palikuonis tam tikroje šeimoje.

[ 5 ]

Paveldimų ligų diagnostikos metodai

Šiuo metu praktinė medicina turi visą diagnostinių metodų arsenalą, leidžiantį su tam tikra tikimybe nustatyti paveldimas ligas. Šių metodų diagnostinis jautrumas ir specifiškumas skiriasi – vieni leidžia tik daryti prielaidą apie ligos buvimą, o kiti labai tiksliai aptinka mutacijas, kurios yra ligos pagrindas, arba lemia jos eigos ypatybes.

[ 6 ], [ 7 ], [ 8 ], [ 9 ]

Citogenetiniai metodai

Chromosomų ligoms diagnozuoti naudojami citogenetiniai tyrimo metodai. Jie apima:

• lytinių chromatinų tyrimai – X ir Y chromatino nustatymas;
• Kariotipavimas (kariotipas yra ląstelės chromosomų rinkinys) – chromosomų skaičiaus ir struktūros nustatymas chromosomų ligų (genomo mutacijų ir chromosomų aberacijų) diagnozavimo tikslais.

[ 10 ], [ 11 ], [ 12 ], [ 13 ]